JPH0372068A - 固体イオン源 - Google Patents
固体イオン源Info
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- JPH0372068A JPH0372068A JP20818489A JP20818489A JPH0372068A JP H0372068 A JPH0372068 A JP H0372068A JP 20818489 A JP20818489 A JP 20818489A JP 20818489 A JP20818489 A JP 20818489A JP H0372068 A JPH0372068 A JP H0372068A
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Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、成膜に適した固体イオン源に関するものであ
る。
る。
［従来の技術］
近時、アーク放電によりカソード物質を溶融して蒸発（
一部はイオン化する）させ、その蒸発物質を負電位に保
たれた基板に付着するようにした装置が実用化されてい
る。
一部はイオン化する）させ、その蒸発物質を負電位に保
たれた基板に付着するようにした装置が実用化されてい
る。
［発明が解決しようとする課題］
ところで、上述したようにカソードから離れた位置に置
かれた基板に負の電位を印加してカソードの蒸発物質を
引きつけてその表面に膜を形成する場合には、カソード
で蒸発した物質は基板以外の周りにも飛散するため、蒸
発物質を有効に使用することができないなど効率良く薄
膜を形成することができない不都合を有している。
かれた基板に負の電位を印加してカソードの蒸発物質を
引きつけてその表面に膜を形成する場合には、カソード
で蒸発した物質は基板以外の周りにも飛散するため、蒸
発物質を有効に使用することができないなど効率良く薄
膜を形成することができない不都合を有している。
そこで、本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであ
り、効率良く薄膜を形成することのできる固体イオン源
を提供することを特徴とする特許である。
り、効率良く薄膜を形成することのできる固体イオン源
を提供することを特徴とする特許である。
［課題を解決するための手段］
上記目的を達成するため、本発明の固体イオン源は、真
空容器内に置かれた筒状のアノードと、該アノードの一
端中央部に置かれたカソードと、前記カソードの他端に
置かれた多孔性のスクリーン電極と、該電極の前方に置
かれかつアース電位に保たれた多孔性の引出電極と、前
記カソードとアノード間にアーク放電を発生させるため
のアーク電源と、前記カソードとアノード間にアーク放
電を点弧させるためのトリが一電極と、前記アノードと
スクリーン電極間に設置された抵抗と、前記アノードに
電圧を印加する加速電源とを備え、前記トリーガ電極に
よりカソードとアノード間にアーク放電を起すことによ
りカソード物質のプラズマを発生させ、このプラズマ中
のイオンを前記スクリーン電極を通して引出電極によっ
て引出し、加速するように構成したことを特徴とするも
のである。
空容器内に置かれた筒状のアノードと、該アノードの一
端中央部に置かれたカソードと、前記カソードの他端に
置かれた多孔性のスクリーン電極と、該電極の前方に置
かれかつアース電位に保たれた多孔性の引出電極と、前
記カソードとアノード間にアーク放電を発生させるため
のアーク電源と、前記カソードとアノード間にアーク放
電を点弧させるためのトリが一電極と、前記アノードと
スクリーン電極間に設置された抵抗と、前記アノードに
電圧を印加する加速電源とを備え、前記トリーガ電極に
よりカソードとアノード間にアーク放電を起すことによ
りカソード物質のプラズマを発生させ、このプラズマ中
のイオンを前記スクリーン電極を通して引出電極によっ
て引出し、加速するように構成したことを特徴とするも
のである。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳説する。
［実施例］
第１図は本発明に係る固体イオン源の一例を示す断面図
、第２図はその電気回路図を示す図である。
、第２図はその電気回路図を示す図である。
第１図において、１は真空容器、２は図示外の高真空ポ
ンプに接続された排気管で、真空容器１内を高真空に排
気するためのものである。３は前記真空容器１内に窒素
や酸素等を導入するためガス導入管である。
ンプに接続された排気管で、真空容器１内を高真空に排
気するためのものである。３は前記真空容器１内に窒素
や酸素等を導入するためガス導入管である。
４は固体イオン源で、このイオン源は筒状のアノード５
とこのアノードの一端中央部に置かれたカソード６と前
記カソードの他端に置かれたスクリーン電極７とこの電
極の前方（アノードと反対側）に置かれたアース電位の
引出電極８及びアーク放電点弧用トリーガ電極９とから
構成されている。前記アノード５は反対方向に置かれた
２つのパイプ１０ａ、１０ｂによってサポート１１に保
持されている。この各パイプはアノード５の内部に形成
された空胴１２に連通され、冷却水を一方のパイプより
空洞１２に導入して他方のパイプから排出させることに
よりアノードを冷却する。前記カソード６も二重構造の
パイプ１３ａ、１３ｂにより前記サポート１２に保持さ
れ、また、アノード５と同様に各パイプに連通された空
洞１４内が設けられており、パイプに冷却水が循環して
カソードは冷却される。前記スクリーン電極７は電気絶
縁物１５を介してサポート１１に電気的に絶縁された状
態で固定されており、この電極には直径数量程度のイオ
ン通過穴が多数形成しである。
とこのアノードの一端中央部に置かれたカソード６と前
記カソードの他端に置かれたスクリーン電極７とこの電
極の前方（アノードと反対側）に置かれたアース電位の
引出電極８及びアーク放電点弧用トリーガ電極９とから
構成されている。前記アノード５は反対方向に置かれた
２つのパイプ１０ａ、１０ｂによってサポート１１に保
持されている。この各パイプはアノード５の内部に形成
された空胴１２に連通され、冷却水を一方のパイプより
空洞１２に導入して他方のパイプから排出させることに
よりアノードを冷却する。前記カソード６も二重構造の
パイプ１３ａ、１３ｂにより前記サポート１２に保持さ
れ、また、アノード５と同様に各パイプに連通された空
洞１４内が設けられており、パイプに冷却水が循環して
カソードは冷却される。前記スクリーン電極７は電気絶
縁物１５を介してサポート１１に電気的に絶縁された状
態で固定されており、この電極には直径数量程度のイオ
ン通過穴が多数形成しである。
前記引出電極８にもこのスクリーン電極と同様に多数の
イオン通過穴がスクリーン電極のイオン通過穴と一致し
た状態で形成してあり、電気絶縁物１６を介してスクリ
ーン電極上に電気的に絶縁された状態で固定されている
。・前記トリーガ電極は前記サポート１１に固定された
電気絶縁物質製支持棒１７に回動可能に支持されており
、また、その端部にサポート１１及び真空容器１を夫々
移動可能に貫通した駆動棒１８により外部から回動され
る。１９は前記カソード６の外周を囲繞するように置か
れた補助電極で、図示外の電気絶縁物質を介してサポー
ト１１に保持されフローティング（浮動）電位に保たれ
る。これにより後述するカソード６におけるアーク放電
の発生領域を上面だけに限定する役目を果たす。前記サ
ポート１１は碍子２０を介して真空容器１に取外し可能
に取付けられたフランジ２１に電気的に絶縁された状態
で支持されている。２２は前記サポート１１の外周部に
設置された電磁石で、アーク放電により発生したプラズ
マをカソード６表面の中心部に集める役目を果たすもの
である。尚、前記パイプ１゜ａ、１０ｂ、１３ａ、１３
ｂ及び駆動棒１８のサポート１１及びフランジ２１にお
ける貫通部分には電気絶縁物質製ブツシュが設けられ、
これらの部材がサポート及び真空容器（フランジ）に対
して電気的に絶縁されている。
イオン通過穴がスクリーン電極のイオン通過穴と一致し
た状態で形成してあり、電気絶縁物１６を介してスクリ
ーン電極上に電気的に絶縁された状態で固定されている
。・前記トリーガ電極は前記サポート１１に固定された
電気絶縁物質製支持棒１７に回動可能に支持されており
、また、その端部にサポート１１及び真空容器１を夫々
移動可能に貫通した駆動棒１８により外部から回動され
る。１９は前記カソード６の外周を囲繞するように置か
れた補助電極で、図示外の電気絶縁物質を介してサポー
ト１１に保持されフローティング（浮動）電位に保たれ
る。これにより後述するカソード６におけるアーク放電
の発生領域を上面だけに限定する役目を果たす。前記サ
ポート１１は碍子２０を介して真空容器１に取外し可能
に取付けられたフランジ２１に電気的に絶縁された状態
で支持されている。２２は前記サポート１１の外周部に
設置された電磁石で、アーク放電により発生したプラズ
マをカソード６表面の中心部に集める役目を果たすもの
である。尚、前記パイプ１゜ａ、１０ｂ、１３ａ、１３
ｂ及び駆動棒１８のサポート１１及びフランジ２１にお
ける貫通部分には電気絶縁物質製ブツシュが設けられ、
これらの部材がサポート及び真空容器（フランジ）に対
して電気的に絶縁されている。
２３は前記カソード６と対向するよう置かれた基板で、
アース電位に保たれた基板ホルダ２４に保持されている
。
アース電位に保たれた基板ホルダ２４に保持されている
。
２５は第２図に示すようにアノード５とカソードロ並び
にトリーガ電極９間に接続されたアーク放電用電源、２
６は前記アノード５とスクリーン電極２６間に設けられ
た抵抗、２７は前記アノード５に印加した加速電源であ
る。
にトリーガ電極９間に接続されたアーク放電用電源、２
６は前記アノード５とスクリーン電極２６間に設けられ
た抵抗、２７は前記アノード５に印加した加速電源であ
る。
以下、基板２３に窒化チタン（Ｔ ｉ Ｎ）膜を形成す
る場合を例として説明する。
る場合を例として説明する。
先ず、真空容器１内を図示外の高真空ポンプにより１０
′５〜１０″６の圧力に排気した後、ガス導入パイプ３
より窒素ガスを導入し真空容器１内の圧力を１０−２Ｔ
ｏｒｒ程度に保つ。そして、駆動棒１８を押込むことに
よりカソード６に対して正電位に保たれたトリーガ電極
９をカソード６に接触させた後、駆動棒を逆方向に引張
ってトリーガ電極を引き離すと、アーク放電が両者間で
発生し、この放電を引き金にしてカソード６とアノード
５間で定常的にアーク放電が発生する。このアーク放電
の発生によりカソード表面には、カソードスポット呼ば
れる局所的にアークが集中する部分が生じる。ここで、
カソードスポットにおける電流密度は１０５〜１０８Ａ
／ｃ１ （カソード材料や圧力に依存する）となる。こ
のときのアーク放電電圧ＶｄはＴｉの場合、約２０Ｖ程
度であり、また、アーク電流Ｉｄが１００Ａレベルの場
合、カソードスポットの大きさは約１０−４０１１２と
なり、この部分は局所的に溶融して蒸発する（カソード
スポット内の電力密度は１０６Ｗ／ｃ１１２以上になる
）。
′５〜１０″６の圧力に排気した後、ガス導入パイプ３
より窒素ガスを導入し真空容器１内の圧力を１０−２Ｔ
ｏｒｒ程度に保つ。そして、駆動棒１８を押込むことに
よりカソード６に対して正電位に保たれたトリーガ電極
９をカソード６に接触させた後、駆動棒を逆方向に引張
ってトリーガ電極を引き離すと、アーク放電が両者間で
発生し、この放電を引き金にしてカソード６とアノード
５間で定常的にアーク放電が発生する。このアーク放電
の発生によりカソード表面には、カソードスポット呼ば
れる局所的にアークが集中する部分が生じる。ここで、
カソードスポットにおける電流密度は１０５〜１０８Ａ
／ｃ１ （カソード材料や圧力に依存する）となる。こ
のときのアーク放電電圧ＶｄはＴｉの場合、約２０Ｖ程
度であり、また、アーク電流Ｉｄが１００Ａレベルの場
合、カソードスポットの大きさは約１０−４０１１２と
なり、この部分は局所的に溶融して蒸発する（カソード
スポット内の電力密度は１０６Ｗ／ｃ１１２以上になる
）。
ここで、カソードは蒸発すると同時に、その蒸気の一部
がイオン化（プラズマ）する。このときのカソードスポ
ット付近のプラズマ密度は１０１０〜１ＱＩＩ原子／ｃ
ｇ＋’となる。
がイオン化（プラズマ）する。このときのカソードスポ
ット付近のプラズマ密度は１０１０〜１ＱＩＩ原子／ｃ
ｇ＋’となる。
そして、カソード表面付近に発生したプラズマ中のイオ
ンはスクリーン電極７と引出電極８との間に形成された
均一な加速電界により加速され、スクリーン電極及び引
出電極を通過して基板２３上に衝突するため、基板上に
チタンの膜が形成される。このとき、カソード表面付近
のプラズマ中においては、カソード物質の蒸気だけがイ
オン化するのではなく導入した窒素ガスもイオン化する
ため、基板上にはチタン及び窒素のイオンが衝突し、結
果として基板上には窒化チタン膜が形成されることにな
る。
ンはスクリーン電極７と引出電極８との間に形成された
均一な加速電界により加速され、スクリーン電極及び引
出電極を通過して基板２３上に衝突するため、基板上に
チタンの膜が形成される。このとき、カソード表面付近
のプラズマ中においては、カソード物質の蒸気だけがイ
オン化するのではなく導入した窒素ガスもイオン化する
ため、基板上にはチタン及び窒素のイオンが衝突し、結
果として基板上には窒化チタン膜が形成されることにな
る。
ところで、アノード５に接近してスクリーン電極７を設
置しているため、アーク放電はカソードとスクリーン電
極との間でも持続することが考えられるが、アノード５
とスクリーン電極７との間に設けた抵抗２６によりアー
ク放電の持続を避けることができる。その理由はトリー
ガ電極９によってアーク放電を発生させると、その直前
においてはアノード５とスクリーン電極７とは同電位で
あるため、アーク放電はスクリーン電極間でも生じる。
置しているため、アーク放電はカソードとスクリーン電
極との間でも持続することが考えられるが、アノード５
とスクリーン電極７との間に設けた抵抗２６によりアー
ク放電の持続を避けることができる。その理由はトリー
ガ電極９によってアーク放電を発生させると、その直前
においてはアノード５とスクリーン電極７とは同電位で
あるため、アーク放電はスクリーン電極間でも生じる。
しかし、この放電によりアノードとスクリーン電極間に
放電電流が流れ、それによる放電の電流値（１）と抵抗
２９の抵抗値（Ｒ）との積による電圧（ＩＲ）の降下ぶ
んだけスクリーン電極の電位がアノードに対して低くな
るため、カソードとスクリーン電極間のアーク放電は停
止され、アーク放電はカソードとアノード間で行われる
。
放電電流が流れ、それによる放電の電流値（１）と抵抗
２９の抵抗値（Ｒ）との積による電圧（ＩＲ）の降下ぶ
んだけスクリーン電極の電位がアノードに対して低くな
るため、カソードとスクリーン電極間のアーク放電は停
止され、アーク放電はカソードとアノード間で行われる
。
ここで、抵抗２６の値はカソード６とスクリーン電極７
間の電圧Ｖｅｌが放電維持電圧Ｖｄ１ｓに対して Ｖｅｌ −Ｖｄ −Ｉ Ｒ＜ Ｖｄ１ｓとなるように
実験的に調節する。尚、Ｖｄはアーク放電用電源２５の
電圧である。
間の電圧Ｖｅｌが放電維持電圧Ｖｄ１ｓに対して Ｖｅｌ −Ｖｄ −Ｉ Ｒ＜ Ｖｄ１ｓとなるように
実験的に調節する。尚、Ｖｄはアーク放電用電源２５の
電圧である。
［効果］
以上詳述したように本発明によれば、アーク放電により
発生したカソード物質のイオンをスクリーン電極と引出
電極間に形成される均一な引出電界により加速すること
ができるため、従来のようにイオンが放射状に加速され
ることなく、方向性をもって加速され、発生したイオン
を無駄なく基板上に衝突させることができる。その結果
、効率良く薄膜を形成することができる。
発生したカソード物質のイオンをスクリーン電極と引出
電極間に形成される均一な引出電界により加速すること
ができるため、従来のようにイオンが放射状に加速され
ることなく、方向性をもって加速され、発生したイオン
を無駄なく基板上に衝突させることができる。その結果
、効率良く薄膜を形成することができる。
第１図は本発明に係る固体イオン源の一例を示す断面図
、第２図はその電気回路図を示す図である。 １：真空容器 ３：ガス導入管 ４：固体イオン源 ５ニアノード ６：カソード ７：スクリーン電極８：引出電極
９：トリーガ電極１１ １つ ３ ４ ５ ６ サポート １８：駆動棒 制御電極 ２２：磁石 基板 基板ホルダ アーク放電用電源 抵抗 ２７：加速電源
、第２図はその電気回路図を示す図である。 １：真空容器 ３：ガス導入管 ４：固体イオン源 ５ニアノード ６：カソード ７：スクリーン電極８：引出電極
９：トリーガ電極１１ １つ ３ ４ ５ ６ サポート １８：駆動棒 制御電極 ２２：磁石 基板 基板ホルダ アーク放電用電源 抵抗 ２７：加速電源
Claims (1)
- 真空容器内に置かれた筒状のアノードと、該アノードの
一端中央部に置かれたカソードと、前記カソードの他端
に置かれた多孔性のスクリーン電極と、該電極の前方に
置かれかつアース電位に保たれた多孔性の引出電極と、
前記カソードとアノード間にアーク放電を発生させるた
めのアーク電源と、前記カソードとアノード間にアーク
放電を点弧させるためのトリガー電極と、前記アノード
とスクリーン電極間に設置された抵抗と、前記アノード
に電圧を印加する加速電源とを備え、前記トリーガ電極
によりカソードとアノード間にアーク放電を起すことに
よりカソード物質のプラズマを発生させ、このプラズマ
中のイオンを前記スクリーン電極を通して引出電極によ
って引出し、加速するように構成したことを特徴とする
固体イオン源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20818489A JPH0372068A (ja) | 1989-08-11 | 1989-08-11 | 固体イオン源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20818489A JPH0372068A (ja) | 1989-08-11 | 1989-08-11 | 固体イオン源 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0372068A true JPH0372068A (ja) | 1991-03-27 |
Family
ID=16552055
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20818489A Pending JPH0372068A (ja) | 1989-08-11 | 1989-08-11 | 固体イオン源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0372068A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07180052A (ja) * | 1993-12-22 | 1995-07-18 | Nec Corp | イオンアシスト膜形成装置 |
| JP2005146363A (ja) * | 2003-11-17 | 2005-06-09 | Toshio Goto | 金属イオンの供給装置とその方法 |
| KR100887703B1 (ko) * | 2007-05-18 | 2009-03-11 | 아이시스(주) | 일체형 애노드를 구비한 이온 플레이팅 장치 |
-
1989
- 1989-08-11 JP JP20818489A patent/JPH0372068A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07180052A (ja) * | 1993-12-22 | 1995-07-18 | Nec Corp | イオンアシスト膜形成装置 |
| JP2005146363A (ja) * | 2003-11-17 | 2005-06-09 | Toshio Goto | 金属イオンの供給装置とその方法 |
| JP4578798B2 (ja) * | 2003-11-17 | 2010-11-10 | 俊夫 後藤 | 金属イオンの供給装置 |
| KR100887703B1 (ko) * | 2007-05-18 | 2009-03-11 | 아이시스(주) | 일체형 애노드를 구비한 이온 플레이팅 장치 |
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